簡易數(shù)字頻率計的課程設(shè)計

1、<p><b>　　目　　錄</b></p><p>　　摘要 ……………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　第一章 頻率計概述……………………………………………3</p><p>　　第一節(jié) 頻率計的基本原理……………………………………3</p><p>　　第二節(jié) 測量的基本原理

2、………………………………………3　</p><p>　　第二章　單元電路設(shè)計與分析…………………………………3</p><p>　　第一節(jié) 數(shù)字頻率計的方框圖 …………………………………4</p><p>　　第二節(jié) 時基電路及分頻………………………………………4</p><p>　　第三節(jié) 放大整形電路…………………………………………6&l

3、t;/p><p>　　第四節(jié) 邏輯控制電路…………………………………………7</p><p>　　第五節(jié) 計數(shù)測量電路…………………………………………8</p><p>　　第六節(jié) 鎖存電路………………………………………………9</p><p>　　第七節(jié) 顯示電路………………………………………………9</p><p>　

4、　第三章　部分芯片功能表及其說明………………………10</p><p>　　第一節(jié) 74LS90的功能表及說明………………………………10</p><p>　　第二節(jié) 7448功能表及說明……………………………………11</p><p>　　第三節(jié) 4017功能表……………………………………………13</p><p>　　第四節(jié) 74LS27

5、3鎖存器………………………………………14</p><p>　　第五節(jié)　74123功能及說明……………………………………14</p><p>　　第六節(jié)　7400功能及介紹……………………………………15</p><p>　　第七節(jié)　7408功能及介紹……………………………………16</p><p>　　第八節(jié)　7414功能及介紹………………

6、……………………17</p><p>　　第九節(jié)　7474功能及介紹……………………………………18</p><p>　　第四章 總結(jié)…………………………………………………19</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………20</p><p>　　附錄 ……………………………………………………………21</p&

7、gt;<p><b>　　第一章 頻率計概述</b></p><p>　　第一節(jié) 頻率計的基本原理</p><p>　　頻率計主要用于測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖等周期信號的頻率值。其擴(kuò)展功能可以測量信號的周期和脈沖寬度。被測信號為外部信號，送入測量電路進(jìn)行處理、測量，檔位轉(zhuǎn)換用于選擇測量的項目——Χ1檔、Χ10檔、Χ100檔、Χ1000檔。頻率計

8、主要有四大部分組成：時基電路、輸入電路、計數(shù)顯示電路以及控制電路。在一個測量周期過程中，被測信號在輸入電路中經(jīng)過放大、整形等操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閥門脈沖，在閥門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實現(xiàn)測量設(shè)置。</p>&

9、lt;p>　　第二節(jié) 測量的基本原理</p><p>　　被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號由晶振電路構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)多次整形分頻后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時間。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達(dá)到了測量頻率的目的。</p><p><b>　

10、　單元電路設(shè)計與分析</b></p><p>　　第一節(jié) 數(shù)字頻率計的方框圖</p><p>　　圖2.1 總方框圖</p><p>　　第二節(jié) 時基電路及分頻</p><p>　　由于輸入信號是隨意的，沒法預(yù)知其頻率是多少，如何選取頻率計提供的基準(zhǔn)信號是關(guān)鍵。設(shè)計要求測量頻率范圍為1Hz—100KHz，量程分為 Χ1、Χ1

11、0、Χ100和Χ1000 四擋。測頻率時，在某個擋進(jìn)行測量的時候，就需要提供該擋的時基。當(dāng)在1000擋時，該擋最大讀數(shù)為99kHz，是經(jīng)過10分頻后頻率，所以提供的時基最小周期為0.0002s所以1000檔提供的高脈沖寬度為0.001s,同樣的道理Χ100擋提供的時基高脈沖寬度應(yīng)該是0.01s，Χ10擋提供的時基脈沖寬度應(yīng)該是0.1s，Χ1檔提供的時基高脈沖寬度應(yīng)該是1s。要產(chǎn)生這4種脈沖，采用分頻的方法來產(chǎn)生這 4 種時基信號，用晶體

12、振蕩電路構(gòu)成的多諧振蕩器經(jīng)三次分頻產(chǎn)生5KHz的脈沖進(jìn)行分頻，再利用4個 10 倍分頻器分別進(jìn)行分頻。</p><p>　　圖2.2 晶體振蕩電路</p><p>　　圖2.3 三次分頻電路</p><p>　　由4017功能表可知：每產(chǎn)生5個脈沖輸出腳發(fā)生一個跳變，即利用此方法實現(xiàn)分頻。 通過檔位開關(guān)來選擇所要的10分頻、100分頻和1000分頻；分析其通過4

13、017后出現(xiàn)的波形圖（4017的管腳圖、功能表和波形圖詳見第三章）。4017是5位計數(shù)器，具有10個譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端，時鐘輸入端的施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制，INH為低電平時，計數(shù)器清零。以其中一個為例，假設(shè)：1000Hz的方波作為4017的CP端，信號通過4017后，從OUTPUT（12腳）輸出的信號高電平的脈寬剛好為100Hz信號的一個周期，相當(dāng)于將原信號十分頻。也就是OUT

14、PUT的輸出信號高電平持續(xù)的時間為10ms。</p><p>　　圖2.4 四次分頻電路</p><p>　　第三節(jié) 放大整形電路</p><p>　　如圖2.5所示：放大部分電路由LM358及電阻構(gòu)成，由于輸入的信號可以是正弦波、三角波，而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路。在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩

15、形波。整形電路采用兩級DM74LS14構(gòu)成施密特觸發(fā)器，將模擬信號整形為邊沿陡直的方波脈沖送入計數(shù)器。</p><p>　　圖2.5 放大整形電路</p><p>　　第四節(jié) 邏輯控制電路</p><p>　　圖2.6 邏輯控制電路</p><p>　　控制電路：經(jīng)分頻后的時基電路產(chǎn)生的脈沖，來一個下降沿74LS123產(chǎn)生一個高脈沖，讓鎖存器

16、鎖存住頻率，同時激發(fā)下一個74LS123產(chǎn)生一個高脈沖，讓計數(shù)器清零，直到時基電路的下一個上升沿到來才開始下一次計數(shù)。</p><p>　　第五節(jié) 計數(shù)測量電路</p><p>　　當(dāng)檢測到被測信號的下降沿時，閥門打開，用74LS390構(gòu)成的十進(jìn)制計數(shù)器開始對被測信號進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)閥門時間到后計數(shù)器停止計數(shù)。</p><p>　　圖 2.7 計數(shù)測量電路</p&

17、gt;<p><b>　　第六節(jié) 鎖存電路</b></p><p>　　當(dāng)閥門時間到時DM74LS123輸出高電平，在其上升沿產(chǎn)生鎖存信號使74LS273鎖存，使顯示器上能夠穩(wěn)定地顯示此時計數(shù)器的值，選用兩個8位鎖存器74LS273可以完成上述功能。高電平結(jié)束以后，無論輸入為何值，輸出端的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)不變，所以在計數(shù)期間，計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器。</p&g

18、t;<p>　　圖 2.8 鎖存電路</p><p><b>　　第七節(jié) 顯示電路</b></p><p>　　電路通過7段數(shù)碼管顯示被測信號的頻率，當(dāng)74LS273鎖存后，把數(shù)據(jù)送到74LS48進(jìn)行譯碼。74LS48譯碼后輸出對應(yīng)的高低電平使數(shù)碼管顯示不同的值。</p><p>　　圖 2.9 顯示電路</p>

19、<p>　　部分芯片功能表及其說明</p><p>　　第一節(jié) 74LS90的功能表及說明</p><p>　　表3.1 74LS90的功能表</p><p>　　74LS90是常用的二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器，做八進(jìn)制的就先把74ls90接成十進(jìn)制的（CP1與Q0接，以 CP0做輸入，Q3 做輸出就是十進(jìn)制的），下圖為74Ls90引腳圖：</p>

20、;<p>　　圖3.１ 74LS90引腳圖</p><p>　　第二節(jié) 7448功能表及說明</p><p>　　表3.２ 7448功能表</p><p>　　圖中Y為非十進(jìn)制亂碼</p><p>　　圖3.２ 7448管腳圖</p><p>　　第三節(jié) 4017功能表</p><

21、;p><b>　　圖３.３</b></p><p><b>　　表３.３</b></p><p><b>　　圖３.４</b></p><p>　　第四節(jié) 74LS273鎖存器</p><p>　　鎖存器的作用是將計數(shù)器在閥門電路關(guān)閉后所記得的數(shù)進(jìn)行所存，使顯示器上能夠穩(wěn)

22、定地顯示此時計數(shù)器的值，選用兩個8位鎖存器74LS273可以完成上述功能，當(dāng)鎖存信號CP的正跳變到來時，鎖存器輸入等于輸出，從而將計數(shù)器的輸出值送到鎖存器輸出端。高電平結(jié)束以后，無論D為何值，輸出端的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)不變，所以在計數(shù)期間，計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器。</p><p><b>　　表3.４</b></p><p>　　第五節(jié)　74123功能及說

23、明</p><p>　　123兩個可以為重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其管腳圖如下所示：</p><p><b>　　圖３.５</b></p><p><b>　　功能表：</b></p><p><b>　　表　３.５</b></p><p>　　第六節(jié)　74

24、00功能及介紹</p><p>　　7400為四組2輸入與非門，邏輯圖如下所示：</p><p><b>　　圖?。?６</b></p><p><b>　　功能表：</b></p><p><b>　　表　３.６</b></p><p>　　第七節(jié)　7

25、408功能及介紹</p><p>　　7408為四組2輸入與門，邏輯圖如下所示：</p><p><b>　　圖　３.７</b></p><p><b>　　功能表：</b></p><p><b>　　表?。?７</b></p><p>　　第八節(jié)　7

26、414功能及介紹</p><p>　　7414為有施密特觸發(fā)器的六反相器，邏輯圖如下所示：</p><p><b>　　圖　３.８</b></p><p><b>　　功能表：</b></p><p><b>　　表?。?８</b></p><p>　　

27、第九節(jié)　7474功能及介紹</p><p>　　7474為帶預(yù)置和清除端的兩組D型觸發(fā)器，邏輯圖如下所示：</p><p><b>　　圖?。?９</b></p><p><b>　　功能表：</b></p><p><b>　　表　３.９</b></p><

28、;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過一個多星期的學(xué)習(xí)，從審題到找資料，再到畫原理圖，最后到寫論文，確確實實感觸很深，雖然時間很短，但感覺到短短的時間里學(xué)到了很多，而且是多方面的，它確確實實鍛煉了我們多方面的能力，例如，查閱資料，學(xué)會使用protel，論文排版等等。</p><p>　　短短的一周時間一晃即逝，但這一周里學(xué)到的東西卻會一直影響著

29、我們，特別是以后工作準(zhǔn)備從事電子這方面工作的同學(xué)們，因為要想成為一名電子工程師，第一個protel是必須會用的，第二就是對于每個項目從開始到最后研制成品無不例外的要經(jīng)過審題到查找資料再到畫原理圖這個程序，所以我個人覺得這種類型的課程設(shè)計應(yīng)該多安排幾次，通過課程設(shè)計能感覺到學(xué)以致用，能與實際相結(jié)合起來，這樣不至于導(dǎo)致某些學(xué)生整體學(xué)習(xí)，但一直都不知道學(xué)的有什么用。通過課程設(shè)計能夠把書本里的內(nèi)容結(jié)合起來，而且與實際結(jié)合，這樣不僅學(xué)的有意思了，

30、而且學(xué)的更深，記得更輕松。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)．高教出版社，2003</p><p>　　[2]李銀華．電子線路設(shè)計指導(dǎo)．北京航天航空大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[3]何書森．使用電子線路設(shè)計速成．福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004<

31、/p><p>　　[4]臧春華．電子線路設(shè)計與應(yīng)用．高等教育出版社，2004</p><p>　　[5]Alan B. Marcovitz．:邏輯電路設(shè)計基礎(chǔ)．國外電子與通信教材基礎(chǔ)，2002</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一 元件清單：</p><p>　　附錄